JP2010033026A - Light propagation optical element, image display, and head mount display - Google Patents

Light propagation optical element, image display, and head mount display Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily restrain an irregular color from being generated, by simple constitution. <P>SOLUTION: The light beam propagation optical element has a light guide member incident with respective wavelengths of lights from a display element, the first diffraction optical element for total-reflecting the respective wavelengths of lights incident into the light guide member in an inside of the light guide member, to be propagated by each optical path different in every wavelength, and for diffracting those to reproduce a pixel positional relation within the display element of an image displayed on the display element on the second diffraction optical element, and the second diffraction optical element for diffracting the respective wavelengths of lights of the respective reproduced pixels, to be emitted along the substantially same direction from the light guide member. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数種類の波長の光を伝搬して所定位置で射出させる光伝搬光学素子、該光伝搬光学素子を有する映像表示装置、および該映像表示装置を有するヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下、「HMD」と記す。)に関する。   The present invention relates to a light propagation optical element that propagates light of a plurality of types of wavelengths and emits the light at a predetermined position, an image display device having the light propagation optical element, and a head mounted display (Head Mounted Display) having the image display device. Hereinafter, it is referred to as “HMD”.

従来から、導光部材に入射された入射光を回折光学素子により回折し、該回折と全反射とを繰り返し発生させることにより伝搬し所定位置で射出させる光伝播光学素子が種々提案されている。   Conventionally, various light propagation optical elements have been proposed in which incident light incident on a light guide member is diffracted by a diffractive optical element, propagated by repeatedly generating the diffraction and total reflection, and emitted at a predetermined position.

このような光伝搬光学素子においては、回折光学素子に入射される光の波長が長いほど該回折光学素子からの射出角(回折角)が大きくなる。このため、導光部材外部に射出される光の射出位置が波長毎にずれ、色むら(色分散)として現れる問題がある。   In such a light propagation optical element, the emission angle (diffraction angle) from the diffractive optical element increases as the wavelength of light incident on the diffractive optical element increases. For this reason, there is a problem that the emission position of the light emitted to the outside of the light guide member is shifted for each wavelength and appears as color unevenness (color dispersion).

そこで、このような色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子が提案されている。その一例が特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の光伝搬光学素子は、3枚の導光板が各導光板よりも低い屈折率を有する材料で構成された薄膜を介して積層された構成を有する。このような薄膜を導光板の間に介在させることにより、波長毎の回折角差に起因する色むらの発生を良好に抑えることができる。以下、説明の便宜上、特許文献1における3枚の導光板を「第一から第三の導光板」、第一と第二の導光板の間の薄膜を「第一の薄膜」、第二と第三の導光板の間の薄膜を「第二の薄膜」と記す。各層は、第一の導光板、第一の薄膜、第二の導光板、第二の薄膜、第三の導光板の順に積層されている。   Therefore, a light propagation optical element that can satisfactorily suppress the occurrence of such color unevenness has been proposed. An example thereof is disclosed in Patent Document 1. The light propagation optical element described in Patent Document 1 has a configuration in which three light guide plates are stacked via a thin film made of a material having a lower refractive index than each light guide plate. By interposing such a thin film between the light guide plates, it is possible to satisfactorily suppress the occurrence of color unevenness due to the diffraction angle difference for each wavelength. Hereinafter, for convenience of explanation, the three light guide plates in Patent Document 1 are referred to as “first to third light guide plates”, the thin film between the first and second light guide plates is referred to as “first thin film”, and the second and second light guide plates. A thin film between the three light guide plates is referred to as a “second thin film”. Each layer is laminated in the order of the first light guide plate, the first thin film, the second light guide plate, the second thin film, and the third light guide plate.

特許文献1に記載の光伝搬光学素子を具体的に説明すると、まず、3種類の波長の光が回折素子によりそれぞれ異なる回折角を付与されて第一の導光板内部に入射される。回折素子により回折された光のうち最も短い波長の第一の光は、第一の導光板から第二の薄膜までを透過して第三の導光板に入射され、第三の導光板と空気との界面において全反射される。そして、第三の導光板から第一の導光板までを透過して別の回折素子に入射される。また、第一の光より波長の長い第二の光は、第一の導光板から第一の薄膜までを透過して第二の導光板に入射され、第二の導光板と第二の薄膜との界面において全反射される。そして、第二の導光板から第一の導光板までを透過して別の回折素子上に第一の光と略同位置に入射される。また、第二の光より波長の長い第三の光は、第一の導光板に入射され、第一の導光板と第一の薄膜との界面において全反射される。そして、第一の導光板を透過して別の回折素子上に第一および第二の光と略同位置に入射される。このようにして別の回折素子に入射された第一から第三の光は、その一部が該回折素子により回折されて外部に射出されるとともにその残りが反射されて上記と同じ経路を辿る。この繰り返しにより光の射出と伝搬が行われる。   The light propagation optical element described in Patent Document 1 will be described in detail. First, light of three types of wavelengths is given different diffraction angles by the diffraction element and is incident on the first light guide plate. The first light having the shortest wavelength among the light diffracted by the diffraction element is transmitted from the first light guide plate to the second thin film and incident on the third light guide plate. Is totally reflected at the interface. And it permeate | transmits from a 3rd light-guide plate to a 1st light-guide plate, and injects into another diffraction element. The second light having a wavelength longer than that of the first light is transmitted from the first light guide plate to the first thin film and is incident on the second light guide plate, and the second light guide plate and the second thin film are incident on the second light guide plate. Is totally reflected at the interface. Then, the light passes through the second light guide plate to the first light guide plate and is incident on the other diffraction element at substantially the same position as the first light. The third light having a longer wavelength than the second light is incident on the first light guide plate and totally reflected at the interface between the first light guide plate and the first thin film. Then, the light passes through the first light guide plate and is incident on another diffraction element at substantially the same position as the first and second lights. A part of the first to third light incident on another diffraction element in this way is diffracted by the diffraction element and emitted to the outside, and the rest is reflected to follow the same path as described above. . By repeating this, light is emitted and propagated.

第一から第三の導光板の厚みや屈折率は、光伝搬光学素子から外部に射出される各波長の光のピッチが略等しくなるように適宜選択されている。したがって、各波長の光が略同位置から射出され、色むらの発生が良好に抑えられることとなる。   The thickness and refractive index of the first to third light guide plates are appropriately selected so that the pitches of the light of each wavelength emitted from the light propagation optical element to the outside are substantially equal. Therefore, light of each wavelength is emitted from substantially the same position, and the occurrence of color unevenness can be satisfactorily suppressed.

特表2006−501499号公報JP-T-2006-501499

このように構成された特許文献1に記載の光伝搬光学素子においては、使用波長の種類に応じた数の導光板と各導光板の間に介在させる薄膜が構造上必要とされる。例えば使用される光がRGBで表現されるカラー映像の光である場合には、R、G、Bの各波長の光に対応した3枚の導光板、および各導光板の間に介在させる2枚の薄膜からなる5層構造が必要となる。このため重量が重くなり、例えばHMD等への利用には適さない不都合が指摘される。   In the light propagation optical element described in Patent Document 1 configured as described above, a number of light guide plates corresponding to the type of wavelength used and thin films interposed between the light guide plates are structurally required. For example, when the light used is light of a color image expressed in RGB, three light guide plates corresponding to light of each wavelength of R, G, B, and two sheets interposed between the light guide plates A five-layer structure consisting of these thin films is required. For this reason, the weight increases, and for example, a disadvantage that is not suitable for use in an HMD or the like is pointed out.

また、上述したように各波長の光の射出ピッチを略一致させて色むらを良好に抑えるためには実際上、各層を均一な接着剤を塗布したうえで接着する必要がある。さらには、各導光板の形状自体、具体的には、各波長の光が入射出される2つの面に高い平行度が要求される。つまり、特許文献1に記載の光伝搬光学素子の製造には高精度な部品加工技術および組立技術が要求される。このため、製造コストが高い、リードタイムが長い、歩留まりが悪い等の欠点を有する。   In addition, as described above, in order to substantially match the emission pitch of light of each wavelength and to suppress color unevenness satisfactorily, it is actually necessary to bond each layer after applying a uniform adhesive. Furthermore, a high degree of parallelism is required for the shape of each light guide plate itself, specifically, two surfaces on which light of each wavelength is incident and output. In other words, manufacturing of the light propagation optical element described in Patent Document 1 requires highly accurate parts processing technology and assembly technology. For this reason, there are drawbacks such as high manufacturing cost, long lead time, and poor yield.

そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でありながらも色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子、該光伝搬光学素子を有する映像表示装置、および該映像表示装置を有するHMDを提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light propagation optical element capable of satisfactorily suppressing the occurrence of color unevenness while having a simple configuration, and the light propagation. An object of the present invention is to provide an image display device having an optical element, and an HMD having the image display device.

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光伝搬光学素子は、表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光学素子であり、表示素子から各波長の光が入射される導光部材と、第一および第二の回折光学素子を有する。第一の回折光学素子は、導光部材に入射された各波長の光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が第二の回折光学素子上で再現されるように回折する。第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材から略同一方向に射出させるように回折する。   A light propagation optical element according to an embodiment of the present invention that solves the above problem is an optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of wavelengths, and light of each wavelength is incident from the display element. A light guide member, and first and second diffractive optical elements. The first diffractive optical element causes the light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagate along different optical paths for each wavelength, and the image displayed on the display element Diffraction is performed so that the pixel positional relationship in the display element is reproduced on the second diffractive optical element. The second diffractive optical element diffracts the light of each wavelength from each reproduced pixel so as to be emitted from the light guide member in substantially the same direction.

このように本発明に係る光伝搬光学素子は、複数種類の波長の光を伝搬させる媒体が単一の導光部材で構成されているものの、波長に依存した回折角差により導光部材内部で異なる光路を辿る各波長の光を第二の回折光学素子上で再び重ね合わせたうえで射出するように構成されている。このため、色むら(色分散)が良好に抑えられる。   As described above, in the light propagation optical element according to the present invention, although the medium for propagating light of a plurality of wavelengths is constituted by a single light guide member, the diffraction angle difference depending on the wavelength causes the inside of the light guide member. Light of each wavelength that follows a different optical path is output after being superimposed again on the second diffractive optical element. For this reason, color unevenness (color dispersion) can be suppressed satisfactorily.

ここで、第二の回折光学素子は、例えば右眼、左眼のそれぞれに各波長の光を導光するため2つ備えられてもよい。この場合において、第一の回折光学素子は、入射された各波長の光を2つに分割するとともに、分割された各光を2つの第二の回折光学素子の各々に入射させるように回折する。   Here, for example, two second diffractive optical elements may be provided to guide light of each wavelength to each of the right eye and the left eye. In this case, the first diffractive optical element divides the incident light of each wavelength into two and diffracts the divided light so as to enter each of the two second diffractive optical elements. .

また、上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る光伝搬光学素子は、表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光学素子であり、表示素子から入射される各波長の光をそれぞれ二分割する光分割素子と、各波長の全ての分割光が入射される導光部材と、第一の回折光学素子、および分割光毎に対応して備えられた第二の回折光学素子を有する。第一の回折光学素子は、導光部材に入射された各波長の分割光を該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が各第二の回折光学素子上で再現されるように回折する。第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材から略同一方向に射出させるように回折する。   Further, a light propagation optical element according to another embodiment of the present invention that solves the above problem is an optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths, and is incident from the display element. A light splitting element that splits each wavelength of light into two parts, a light guide member into which all split light of each wavelength is incident, a first diffractive optical element, and a second provided for each split light Diffractive optical element. The first diffractive optical element causes the divided light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagates through different optical paths for each wavelength, and the image displayed on the display element Diffraction is performed so that the pixel positional relationship in the display element is reproduced on each second diffractive optical element. The second diffractive optical element diffracts the light of each wavelength from each reproduced pixel so as to be emitted from the light guide member in substantially the same direction.

このように構成された光伝搬光学素子においては、各波長の分割光が入射される導光部材の入射面と光分割素子との間にエアギャップが形成されるように光分割素子を配置する構成が望ましい。   In the light propagation optical element configured as described above, the light splitting element is arranged such that an air gap is formed between the light splitting element and the incident surface of the light guide member on which split light of each wavelength is incident. Configuration is desirable.

第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材の射出面と略垂直をなす方向に揃えて平行光として、または瞳の中心に向かって寄せるように射出する構成が好適である。   The second diffractive optical element emits the reproduced light of each wavelength from each pixel as parallel light in a direction substantially perpendicular to the exit surface of the light guide member, or toward the center of the pupil. The structure which does is suitable.

第一の回折光学素子は、表示素子に表示された画像の該表示素子内における各波長の画素位置関係を基準として、第二の回折光学素子上に再現される画素位置関係を略同一形状あるいは拡大された相似形状とするように各波長の光を回折する構成としてもよい。   The first diffractive optical element has a pixel positional relationship reproduced on the second diffractive optical element with substantially the same shape or the pixel positional relationship of each wavelength in the display element of the image displayed on the display element as a reference. It is good also as a structure which diffracts the light of each wavelength so that it may be set as the enlarged similar shape.

導光部材は、互いに平行な二平面であって、各波長の光が入射される入射面、および各波長の光が射出される射出面を有する板状の光学部材としてもよい。   The light guide member may be a plate-like optical member having two planes parallel to each other and having an incident surface on which light of each wavelength is incident and an emission surface on which light of each wavelength is emitted.

第一の回折光学素子は、例えば反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかである。一方、第二の回折光学素子は、例えば反射型または透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかとしてもよい。   The first diffractive optical element is, for example, either a reflective volume phase type holographic optical element or a combination of a holographic optical element and an optical lens. On the other hand, the second diffractive optical element may be, for example, either a reflective or transmissive volume phase holographic optical element or a combination of a holographic optical element and an optical lens.

ここで、第一および第二の回折光学素子がともに反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合には、該第一の回折光学素子が射出面上に、該第二の回折光学素子が入射面上に配置されている構成が好適である。第一、第二の回折光学素子がそれぞれ反射型、透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合には、該第一および第二の回折光学素子がともに射出面上に配置されている構成が好適である。   Here, when both the first and second diffractive optical elements are reflective volume phase holographic optical elements, the first diffractive optical element is placed on the exit surface, and the second diffractive optical element Is preferably arranged on the incident surface. When the first and second diffractive optical elements are reflective and transmissive volume phase holographic optical elements, the first and second diffractive optical elements are both disposed on the exit surface. A configuration is preferred.

第一および第二の回折光学素子は、例えば各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーを複数枚積層した構成を有したホログラフィック光学素子としてもよい。または、各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーからなるホログラフィック光学素子であってもよい。かかるフォトポリマーの層数は、例えば導光部材を伝搬される光の波長の種類と同数または該種類よりも少数としてもよい。また、第一の回折光学素子に記録された干渉縞パターンと第二の回折光学素子に記録された干渉縞パターンは、略同一ピッチであってもよい。   For example, the first and second diffractive optical elements may be holographic optical elements having a configuration in which a plurality of photopolymers each recording interference fringes corresponding to light of each wavelength are stacked. Alternatively, it may be a holographic optical element composed of a single photopolymer in which interference fringes corresponding to light of each wavelength are recorded. The number of layers of the photopolymer may be, for example, the same as the number of wavelengths of light propagating through the light guide member or a smaller number than the types. Further, the interference fringe pattern recorded on the first diffractive optical element and the interference fringe pattern recorded on the second diffractive optical element may have substantially the same pitch.

表示素子がフィールドシーケンシャルパネル方式である場合、第一の回折光学素子は、該表示素子内の同一画素から射出された各波長の光を第二の回折光学素子上の略同位置に重ね合わせるように回折する構成としてもよい。表示素子が同時式である場合には、第一の回折光学素子は、画素位置関係が第二の回折光学素子上で忠実に再現されるように該表示素子内の各画素から射出された光を回折する構成としてもよい。   When the display element is a field sequential panel system, the first diffractive optical element superimposes light of each wavelength emitted from the same pixel in the display element at substantially the same position on the second diffractive optical element. It is also possible to diffract the light. When the display elements are simultaneous, the first diffractive optical element emits light emitted from each pixel in the display element so that the pixel positional relationship is faithfully reproduced on the second diffractive optical element. May be diffracted.

また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る映像表示装置は、各波長の光を射出する光源と、光源から射出された各波長の光に所定の画像信号に応じた変調をかける表示素子と、変調された各波長の光が入射される上記の何れかに記載の光伝播光学素子とを有することを特徴とする。   In addition, a video display device according to an embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes a light source that emits light of each wavelength, and modulates light of each wavelength emitted from the light source according to a predetermined image signal It has a display element and the light propagation optical element in any one of said which the light of each modulated wavelength injects.

また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るHMDは、上記に記載の映像表示装置と、第二の回折光学素子が装着者の眼前に位置するように映像表示装置を支持する支持手段とを有することを特徴とする。   In addition, an HMD according to an embodiment of the present invention that solves the above-described problems includes a video display device described above and a support that supports the video display device so that the second diffractive optical element is positioned in front of the wearer's eyes. Means.

本発明によれば、簡単な構成でありながらも色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子、映像表示装置、およびHMDが提供される。   According to the present invention, there are provided a light propagation optical element, an image display apparatus, and an HMD that can suppress the occurrence of color unevenness with a simple configuration.

本発明の実施形態のHMDの外観図である。It is an external view of HMD of the embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of 3rd embodiment of this invention. 本発明の第一変形例のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of the 1st modification of this invention. 本発明の第二変形のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of the 2nd deformation | transformation of this invention. 本発明の第三変形例のHMDの構成を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the structure of HMD of the 3rd modification of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本実施形態のHMD1の外観図である。図1に示されるように、HMD1のフレーム2には光学部材(例えばSF11)からなる導光板10が嵌め込まれている。フレーム2は、導光板10を装着者の眼前に位置するように支持する。導光板10の第一面10aの略中央には表示素子ユニット20が、装着者の眼前に位置する箇所にはホログラフィック光学素子(Holographic Optical
Element、以下、「HOE」と記す。)30R(または31R、32R)、30L(または31L、32L)が、それぞれ接着等により第一面10a上に密着固定されている。
FIG. 1 is an external view of the HMD 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a light guide plate 10 made of an optical member (for example, SF 11) is fitted into the frame 2 of the HMD 1. The frame 2 supports the light guide plate 10 so as to be positioned in front of the wearer's eyes. A display element unit 20 is provided at the approximate center of the first surface 10a of the light guide plate 10, and a holographic optical element (Holographic Optical element) is provided at a position in front of the wearer's eyes.
Element, hereinafter referred to as “HOE”. ) 30R (or 31R, 32R), 30L (or 31L, 32L) are firmly fixed on the first surface 10a by bonding or the like.

表示素子ユニット20は、例えばフィールドシーケンシャル方式で駆動する画像生成ユニットである。表示素子ユニット20には、図示省略されたレーザ光源、拡散光学系、マイクロレンズアレイ、および表示素子21(図2参照)が内蔵されている。レーザ光源は、R(HeNeレーザ)、G(Hd:YAGレーザ)、B(He−Cdレーザ)の各波長に対応したレーザを有し、各波長の光を高速で順次照射する。各波長の光は、拡散光学系、マイクロレンズアレイに入射されて光量ムラのない均一な平行光に変換されて表示素子21に入射される。   The display element unit 20 is an image generation unit that is driven by, for example, a field sequential method. The display element unit 20 includes a laser light source, a diffusion optical system, a microlens array, and a display element 21 (see FIG. 2) that are not shown. The laser light source has a laser corresponding to each wavelength of R (HeNe laser), G (Hd: YAG laser), and B (He-Cd laser), and sequentially irradiates light of each wavelength at a high speed. The light of each wavelength is incident on the diffusion optical system and the microlens array, is converted into uniform parallel light with no light amount unevenness, and is incident on the display element 21.

表示素子21は、例えばDMD(Digital Mirror Device)や透過型液晶(LCD T-LCOS)パネル、反射型液晶(LCOS)パネル、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等であり、各波長の光に画像エンジン(不図示)が生成する画像信号に応じた変調をかける。表示素子21の有効領域の画素で変調された各波長の光は、所定の光束断面(該有効領域と略同じ形状)をもって導光板10に入射される。   The display element 21 is, for example, a DMD (Digital Mirror Device), a transmissive liquid crystal (LCD T-LCOS) panel, a reflective liquid crystal (LCOS) panel, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), or the like. Modulation is applied in accordance with an image signal generated by (not shown). The light of each wavelength modulated by the pixels in the effective area of the display element 21 is incident on the light guide plate 10 with a predetermined beam cross section (substantially the same shape as the effective area).

なお、光利用効率を向上させるため、拡散光学系とマイクロレンズアレイとの間に拡散光学系からの入射光を特定の偏光状態にする偏光板を配置してもよい。また、表示素子ユニット20は、フィールドシーケンシャル方式の表示素子に限らず、同時式の表示素子(射出面前面に所定の配列のRGBカラーフィルタを有する表示素子)の画像生成ユニットとしてもよい。   In addition, in order to improve light utilization efficiency, you may arrange | position the polarizing plate which makes the incident light from a diffused optical system a specific polarization state between a diffused optical system and a micro lens array. The display element unit 20 is not limited to a field sequential display element, and may be an image generation unit of a simultaneous display element (a display element having a predetermined arrangement of RGB color filters on the front surface of the emission surface).

図2〜図4はそれぞれ、第一から第三実施形態のHMD1の構成を模式的に示す側面図である。図2〜図4の各図においては、図面を明瞭化するためフレーム2、および表示素子21を除く表示素子ユニット20の構成を図示省略している。以下、図2〜図4の各図を使用して各実施形態のHMD1の構成について順に説明する。なお、図2〜図4の各図に示されるように、HMD1は、表示素子21と導光板10の中心を結ぶ中心線Xを挟み左右対称構造を有する。また、表示素子21から導光板10に入射される各波長の光は、後述するように二分割されて装着者の右眼、左眼のそれぞれに導光される。各眼に導光される各波長の光の光路も中心線Xを挟み左右対称である。各実施形態において説明の重複を避けるため、右眼に導光される光を詳細に説明する一方、左眼に導光される光の説明は省略する。   2 to 4 are side views schematically showing the configuration of the HMD 1 of the first to third embodiments. 2 to 4, the configuration of the display element unit 20 excluding the frame 2 and the display element 21 is omitted for the sake of clarity. Hereinafter, the configuration of the HMD 1 of each embodiment will be described in order with reference to FIGS. 2 to 4, the HMD 1 has a left-right symmetrical structure with a center line X connecting the centers of the display element 21 and the light guide plate 10 interposed therebetween. Further, light of each wavelength incident on the light guide plate 10 from the display element 21 is divided into two as described later and guided to the right eye and the left eye of the wearer. The optical path of each wavelength of light guided to each eye is also symmetrical with respect to the center line X. In order to avoid duplication of description in each embodiment, the light guided to the right eye will be described in detail, while the description of the light guided to the left eye will be omitted.

まず、図2を使用して第一実施形態のHMD1の構成を説明する。図2に示されるように、第一実施形態のHMD1は、表示素子21と導光板10との間の光路であって、導光板10の第一面10a上に埋設された回折光学素子(Diffractive Optical Element、以下、「DOE」と記す。)40を有する。DOE40は、例えば矩形状を有する。DOE40には、表示素子21により変調された各波長の光が略垂直に順次入射される。DOE40は、表示素子21から入射された光を右眼、左眼のそれぞれに導くため左右同一角度に回折して二分割する。DOE40は、波長が長い光ほど大きい回折角で回折する。すなわち、DOE40による各波長の光に対する回折角は、R、G、Bの順に大きい。   First, the structure of HMD1 of 1st embodiment is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, the HMD 1 of the first embodiment is an optical path between the display element 21 and the light guide plate 10, and is a diffractive optical element (Diffractive) embedded on the first surface 10 a of the light guide plate 10. Optical Element, hereinafter referred to as “DOE”) 40. The DOE 40 has, for example, a rectangular shape. Light of each wavelength modulated by the display element 21 is sequentially incident on the DOE 40 substantially vertically. The DOE 40 diffracts the light incident from the display element 21 to the right eye and the left eye and divides the light into two at the same left and right angles. The DOE 40 diffracts light having a longer wavelength with a larger diffraction angle. That is, the diffraction angles for light of each wavelength by the DOE 40 are in the order of R, G, and B.

導光板10の第二面10b上には、HOE50Rと50Lが中心線Xを挟み左右対称に隙間無く配列され接着等により密着固定されている。HOE50Rおよび50Lは、例えば矩形状を有する反射型の体積位相型HOEであって、R、G、Bの各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーを三枚積層した構成を有する。すなわち、HOE50Rおよび50Lは、R、G、Bの各波長の光を反射しそれ以外の波長の光を透過する波長選択機能を有するように構成されている。   On the second surface 10b of the light guide plate 10, the HOEs 50R and 50L are arranged symmetrically with no gap between them with the center line X in between, and are firmly fixed by adhesion or the like. The HOEs 50R and 50L are, for example, reflection type volume phase type HOEs having a rectangular shape, and are configured by laminating three photopolymers each recording interference fringes corresponding to light of each wavelength of R, G, B Have That is, the HOEs 50R and 50L are configured to have a wavelength selection function of reflecting light of each wavelength of R, G, and B and transmitting light of other wavelengths.

また、HOE50Rおよび50Lは、R、G、Bの各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーとしてもよい。説明を加えると、使用波長がn(nは自然数)種類ある場合には、HOE50Rおよび50Lの層構造は、各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーをn枚積層したもの、或いは、各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーとなる。   Further, the HOEs 50R and 50L may be a single-layer photopolymer in which interference fringes corresponding to light of each wavelength of R, G, and B are recorded. In addition, when there are n types of wavelengths used (n is a natural number), the layer structure of the HOE 50R and 50L includes n photopolymers each recording interference fringes corresponding to light of each wavelength. Or a single photopolymer on which interference fringes corresponding to light of each wavelength are recorded.

また、二層のフォトポリマーによりHOE50Rおよび50Lを構成し、R、G、Bの各波長の光に対応する波長選択機能を付与することも可能である。例として、R、Gの各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーと、Bの波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーの計二層によりHOE50Rおよび50Lを構成することが考えられる。なお、HOE30Rおよび30Lも反射型の体積位相型HOEであり、HOE50Rおよび50Lと干渉縞パターンが相違するものの、HOE50Rおよび50Lと同一の層構造を有する。HOE30Rおよび30Lと50Rおよび50Lは、例えば干渉縞パターンのピッチが略同一であってもよい。   Further, the HOE 50R and 50L can be constituted by two layers of photopolymers, and a wavelength selection function corresponding to light of each wavelength of R, G, and B can be given. As an example, the HOE 50R is composed of two layers, one photopolymer in which interference fringes corresponding to light of R and G wavelengths are recorded and one photopolymer in which interference fringes corresponding to light of B wavelengths are recorded. And 50L can be configured. HOEs 30R and 30L are also reflective volume phase HOEs, and have the same layer structure as HOEs 50R and 50L, although the interference fringe patterns are different from HOEs 50R and 50L. For example, the pitches of the interference fringe patterns may be substantially the same between the HOEs 30R and 30L and 50R and 50L.

HOE50Rは、順次入射される各波長の光をそれぞれ異なる角度を付与して回折する。HOE50Rによる回折作用により各波長の光は、導光板10と空気との界面で全反射を繰り返して導光板10内部を伝搬しHOE30Rに入射される。このように回折作用により付与される回折角は波長に依存して相違するため、従来からの指摘されている不都合、つまり、導光板外部に射出される光の射出位置が波長毎にずれて色むらが生じることが懸念される。   The HOE 50R diffracts light of each wavelength that is sequentially incident at different angles. Due to the diffractive action of the HOE 50R, the light of each wavelength repeats total reflection at the interface between the light guide plate 10 and air, propagates through the light guide plate 10 and enters the HOE 30R. As described above, the diffraction angle imparted by the diffraction action differs depending on the wavelength. Therefore, the conventional inconvenience has been pointed out, that is, the emission position of the light emitted to the outside of the light guide plate is shifted for each wavelength. There is concern about unevenness.

そこで、本実施形態の特徴的構成要素であるHOE50Rは、DOE40とは逆にB、G、Rの順に大きい回折角を付与しつつ、導光板10(より正確にはDOE40)に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折する。すなわち、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を進行するものの、HOE30R上で再び重ね合わせられる。別の観点によれば、HOE50Rは、表示素子21の有効領域に表示された画像の該有効領域内における画素位置関係がHOE30R上で忠実に再現されるようにRGBの各波長の光を回折する。   Therefore, the HOE 50R, which is a characteristic component of the present embodiment, has an incident position with respect to the light guide plate 10 (more precisely, the DOE 40) while giving a large diffraction angle in the order of B, G, and R, contrary to the DOE 40. Diffraction is performed so that all light of the same wavelength (or, according to another expression, emitted from substantially the same coordinates in the effective area of the display element 21) is incident on substantially the same position on the HOE 30R. That is, light of each wavelength incident on substantially the same position of the light guide plate 10 travels on different optical paths inside the light guide plate 10 due to the diffraction angle difference depending on the wavelength, but is superimposed again on the HOE 30R. According to another aspect, the HOE 50R diffracts light of each wavelength of RGB so that the pixel positional relationship in the effective area of the image displayed in the effective area of the display element 21 is faithfully reproduced on the HOE 30R. .

このように本実施形態においてHOE50Rは、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折する。一方、別の実施形態においては、HOE50Rは、表示素子21の有効領域内で相対的にずらされた本来同一画素をなす全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折するように構成されてもよい。   Thus, in the present embodiment, the HOE 50R diffracts light having all wavelengths emitted from substantially the same coordinates in the effective area of the display element 21 so as to be incident on substantially the same position on the HOE 30R. On the other hand, in another embodiment, the HOE 50R diffracts so that light of all wavelengths originally forming the same pixel relatively shifted within the effective area of the display element 21 is incident on substantially the same position on the HOE 30R. It may be configured as follows.

HOE30R上で重ね合わせられた各波長の光は、HOE30Rにより回折されて導光板10の第二面10bから外部に略垂直に順次射出される。このように平行光として射出された各波長の光は、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像する。また、装着者が拡大画像の虚像を観察できるように、HOE30Rにコンデンサ作用を付与してもよい。すなわち、HOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって射出され装着者の網膜に結像するようにしてもよい。あるいは、装着者に拡大画像の虚像を観察させるために、HOE50Rは、HOE30R上での画素位置関係が表示素子21の有効領域に表示された画像の該有効領域内における画素位置関係に対して拡大された相似形状をなすようにRGBの各波長の光を回折するようにしてもよい。   The light of each wavelength superimposed on the HOE 30R is diffracted by the HOE 30R and sequentially emitted from the second surface 10b of the light guide plate 10 to the outside substantially vertically. Thus, the light of each wavelength emitted as parallel light forms an image on the wearer's retina as a virtual image of the image generated by the display element 21. Moreover, you may provide a capacitor | condenser effect | action to HOE30R so that a wearer can observe the virtual image of an enlarged image. That is, the light incident on the peripheral area of the HOE 30R may be emitted at an angle so as to be closer to the center of the pupil and imaged on the retina of the wearer. Alternatively, in order to allow the wearer to observe a virtual image of the enlarged image, the HOE 50R expands the pixel positional relationship on the HOE 30R with respect to the pixel positional relationship in the effective region of the image displayed in the effective region of the display element 21. You may make it diffract the light of each wavelength of RGB so that the similar shape made may be made.

各波長の光は装着者の網膜上に高速で順次結像されるため、装着者は、表示素子21による生成画像をカラー画像として認識することとなる。なお、装着者の眼と表示素子21との実際の距離は数十mm程度に過ぎない。しかし、各波長の光は平行光として眼球に入射されるため、装着者は、無限遠視したときに表示素子21による生成画像を明瞭に視認することができる。   Since the light of each wavelength is sequentially imaged at high speed on the retina of the wearer, the wearer recognizes the image generated by the display element 21 as a color image. The actual distance between the wearer's eye and the display element 21 is only about several tens of millimeters. However, since light of each wavelength is incident on the eyeball as parallel light, the wearer can clearly see the image generated by the display element 21 when viewed at infinity.

別の観点によれば、HOE50Rは、導光板10から射出される光束の断面が、表示素子21からDOE40に入射される光束の断面と略同一形状かつ等倍となるように各光線をHOE30R上に入射させる。したがって、装着者は、表示素子21による生成画像を略等倍で視認することができる。   According to another aspect, the HOE 50R transmits each light beam on the HOE 30R so that the cross section of the light beam emitted from the light guide plate 10 is substantially the same shape and the same size as the cross section of the light beam incident from the display element 21 to the DOE 40. To enter. Therefore, the wearer can visually recognize the image generated by the display element 21 at approximately the same magnification.

このようにHOE50Rによる回折作用により導光板10内部で異なる光路を辿った各波長の光は、再び重ね合わせられるようにして導光板10から射出されて装着者の眼に導光される。よって、各波長の光を伝搬する媒体が単一の導光板10によって構成されているにも拘わらず、波長に依存した回折角差に起因する色むらの発生が良好に抑えられる。   Thus, the light of each wavelength that has followed different optical paths inside the light guide plate 10 due to the diffraction action by the HOE 50R is emitted from the light guide plate 10 so as to be superimposed again and guided to the eyes of the wearer. Therefore, although the medium that propagates the light of each wavelength is constituted by the single light guide plate 10, the occurrence of uneven color due to the diffraction angle difference depending on the wavelength can be satisfactorily suppressed.

また、各波長の光を伝搬する媒体を単層構造としたため、各波長の光を伝搬する光伝搬光学素子(導光板10、DOE40、HOE30R、30L、50R、50L)が単純な構成となる。かかる構成は、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。なお、HMD1を軽量化させることにより、例えば装着者の負担を軽減する効果が期待される。その結果、装着者は、HMD1を長時間着用できるようになる。   In addition, since the medium that propagates the light of each wavelength has a single-layer structure, the light propagation optical elements (light guide plate 10, DOE 40, HOE 30R, 30L, 50R, and 50L) that propagate the light of each wavelength have a simple configuration. Such a configuration is extremely advantageous in terms of weight reduction, manufacturing cost, lead time, yield, and the like of the HMD 1. Note that, by reducing the weight of the HMD 1, for example, an effect of reducing the burden on the wearer is expected. As a result, the wearer can wear the HMD 1 for a long time.

また、光源の種類、使用波長等によっては、導光板10内部を複数種類の波長の光が同時に伝搬する場合に干渉が生じてフリッカ等が発生する虞がある。しかし、HMD1においてはフィールドシーケンシャル方式の表示システムが採用されているため、上記干渉は有効に避けられる。   Further, depending on the type of light source, the wavelength used, and the like, there is a risk that when light of a plurality of types of wavelengths propagates through the light guide plate 10 at the same time, interference occurs and flicker or the like occurs. However, since the HMD 1 employs a field sequential display system, the interference is effectively avoided.

次に、図3を使用して第二実施形態のHMD1の構成を説明する。なお、以降の実施形態において第一実施形態の構成と同一または同様の構成には同一または同様の符号を付して説明を省略する。   Next, the structure of HMD1 of 2nd embodiment is demonstrated using FIG. In the following embodiments, the same or similar components as those of the first embodiment are denoted by the same or similar reference numerals, and description thereof is omitted.

図3(a)に示されるように、第二実施形態のHMD1においては、表示素子21と導光板10との間の光路にDOE41が配置されている。すなわち、第二実施形態のHMD1は、第一実施形態のHMD1と異なり導光板10とDOE41との間にエアギャップを有する。DOE41には、表示素子21により変調された各波長の光が略垂直に順次入射される。DOE41は、表示素子21から入射された光を右眼、左眼のそれぞれに導くため左右同一角度に回折して二分割する。分割された各光は、導光板10の第一面10aに入射される。   As shown in FIG. 3A, in the HMD 1 of the second embodiment, the DOE 41 is disposed in the optical path between the display element 21 and the light guide plate 10. That is, unlike the HMD 1 of the first embodiment, the HMD 1 of the second embodiment has an air gap between the light guide plate 10 and the DOE 41. The light of each wavelength modulated by the display element 21 is sequentially incident on the DOE 41 substantially vertically. The DOE 41 diffracts the light incident from the display element 21 to the right eye and the left eye and divides the light into two at the same left and right angles. Each divided light is incident on the first surface 10 a of the light guide plate 10.

第二実施形態のHMD1は、同一の干渉縞パターンを持つHOE51Rと51Lを有する。HOE51Rと51Lは、互いの中心が一致し、かつ干渉縞パターンが180°反転された状態で積層されている。そして、積層された状態でその中心が中心線Xと一致するように導光板10の第二面10b上に接着等により密着固定されている。なお、HOE51Rと51Lは、それぞれが1〜3層のフォトポリマーからなる別個独立した要素であるが、別の実施形態では単一の要素、つまり一層のフォトポリマーより構成されてもよい。   The HMD 1 of the second embodiment has HOEs 51R and 51L having the same interference fringe pattern. The HOEs 51R and 51L are stacked in a state where their centers coincide with each other and the interference fringe pattern is inverted by 180 °. Then, in the laminated state, it is firmly fixed by adhesion or the like on the second surface 10b of the light guide plate 10 so that the center thereof coincides with the center line X. The HOEs 51R and 51L are separate and independent elements each consisting of 1 to 3 layers of photopolymers, but may be composed of a single element, that is, a single layer of photopolymer in another embodiment.

導光板10内部を伝搬されるB、G、Rの各波長の光の光路を図3(b)、(c)、(d)の各図に示す。図3(b)〜(d)の各図に示されるように、HOE51R(または51L)は、DOE41により右眼(または左眼)に導光されるように分割された各波長の光をそれぞれ異なる角度を付与して回折する。詳細には、HOE51Rは、各波長の光を導光板10内部で全反射させつつ、導光板10に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE31R上の略同位置に入射させるように回折する。   FIGS. 3B, 3C, and 3D show the optical paths of light of each wavelength of B, G, and R propagating through the light guide plate 10. FIG. As shown in FIGS. 3B to 3D, the HOE 51R (or 51L) receives the light of each wavelength divided so as to be guided to the right eye (or left eye) by the DOE 41. Diffracting with different angles. Specifically, the HOE 51R totally reflects the light of each wavelength inside the light guide plate 10 and has substantially the same incident position with respect to the light guide plate 10 (or according to another expression, substantially within the effective region of the display element 21). The light of all wavelengths (emitted from the same coordinates) is diffracted so as to enter substantially the same position on the HOE 31R.

このように第二実施形態においても第一実施形態と同様に、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を辿るものの、HOE31R上で再び重ね合わせられる。この結果、各波長の光は、導光板10の第二面10bから平行光として(またはHOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって)射出され、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像することとなる。   As described above, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, light of each wavelength incident on substantially the same position of the light guide plate 10 has a different optical path inside the light guide plate 10 due to a diffraction angle difference depending on the wavelength. Although it follows, it is overlaid again on the HOE 31R. As a result, light of each wavelength is emitted as parallel light from the second surface 10b of the light guide plate 10 (or with an angle so that the light incident on the peripheral area of the HOE 30R is closer to the center of the pupil). The image is formed on the wearer's retina as a virtual image of the generated image.

このように第二実施形態においても第一実施形態と同様に光伝搬光学素子(導光板10、DOE41、HOE31R、31L、51R、51L)を単純な構成とすることができ、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。   As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the light propagation optical element (light guide plate 10, DOE 41, HOE 31R, 31L, 51R, 51L) can be configured simply, and the weight of the HMD 1 can be reduced. This is extremely advantageous in terms of manufacturing cost, lead time, yield, and the like.

ところで、第一実施形態においては、HOE50Rや50Lによる回折光は、導光板10aとDOE40との界面に入射された場合にその一部がDOE40に戻る虞がある。これは、光量損失の原因となるため望ましくない。このため、第一実施形態においては、最小の回折角と導光板10の厚みとを思料し、導光板10aとDOE40との界面に回折光が入射しないよう導光板10にある程度の厚みを持たせる必要があった。一方、第二実施形態においては、導光板10とDOE41との間にエアギャップを与えている。したがって、HOE51Rや51Lによる回折光は、たとえ第一実施形態において導光板10aとDOE40との界面であった領域に入射されたとしても導光板10と空気との屈折率差により全反射することとなる。すなわち、第二実施形態においては、導光板10の厚みを決定する際にDOE41への戻り光を考慮する必要がない。このため、導光板10の厚みを薄く設計することができ、HMD1のさらなる軽量化に好適である。   By the way, in 1st embodiment, when the diffracted light by HOE50R and 50L injects into the interface of the light-guide plate 10a and DOE40, there exists a possibility that the part may return to DOE40. This is undesirable because it causes a loss of light. For this reason, in the first embodiment, considering the minimum diffraction angle and the thickness of the light guide plate 10, the light guide plate 10 is given a certain thickness so that diffracted light does not enter the interface between the light guide plate 10a and the DOE 40. There was a need. On the other hand, in the second embodiment, an air gap is provided between the light guide plate 10 and the DOE 41. Therefore, even if the diffracted light by the HOE 51R and 51L is incident on the region that was the interface between the light guide plate 10a and the DOE 40 in the first embodiment, it is totally reflected by the difference in refractive index between the light guide plate 10 and air. Become. That is, in the second embodiment, it is not necessary to consider the return light to the DOE 41 when determining the thickness of the light guide plate 10. For this reason, the thickness of the light guide plate 10 can be designed to be thin, which is suitable for further weight reduction of the HMD 1.

続いて、図4を使用して第三実施形態のHMD1の構成を説明する。図4(a)に示されるように、第三実施形態のHMD1においては、表示素子21と導光板10との間の光路に何れの光学素子も配置されていない。すなわち、表示素子21により変調された各波長の平行光は、第一面10aから導光板10に直接入射される。   Then, the structure of HMD1 of 3rd embodiment is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 4A, in the HMD 1 of the third embodiment, no optical element is arranged in the optical path between the display element 21 and the light guide plate 10. That is, the parallel light of each wavelength modulated by the display element 21 is directly incident on the light guide plate 10 from the first surface 10a.

第三実施形態のHMD1は、同一の干渉縞パターンを持つHOE52Rと52Lを有する。HOE52Rと52Lは、互いの中心が一致し、かつ干渉縞パターンが180°反転された状態で積層されている。そして、積層された状態でその中心が中心線Xと一致するように導光板10の第二面10b上に接着等により密着固定されている。また、HOE52Rおよび52Lは、HOE50Rや50L等と同様の回折機能とともにDOE40等と同様の回折機能、つまり表示素子21からの入射光を左右に二分割する機能も併せ持つ。HOE52Rおよび52Lは、DOEとHOEを一体形成した構成とも云える。なお、HOE52Rと52Lは、第二実施形態と同様に単一の要素、つまり一層のフォトポリマーより構成されてもよい。   The HMD 1 of the third embodiment has HOEs 52R and 52L having the same interference fringe pattern. The HOEs 52R and 52L are stacked in a state where their centers coincide with each other and the interference fringe pattern is inverted by 180 °. Then, in the laminated state, it is firmly fixed by adhesion or the like on the second surface 10b of the light guide plate 10 so that the center thereof coincides with the center line X. Further, the HOEs 52R and 52L have the same diffraction function as that of the HOE 50R and 50L, and the same diffraction function as that of the DOE 40, that is, the function of dividing the incident light from the display element 21 into left and right. The HOEs 52R and 52L can also be regarded as a configuration in which the DOE and the HOE are integrally formed. In addition, HOE52R and 52L may be comprised from the single element, ie, one layer of photopolymer, similarly to 2nd embodiment.

導光板10内部を伝搬されるB、G、Rの各波長の光の光路を図4(b)、(c)、(d)の各図に示す。図4(b)〜(d)の各図に示されるように、HOE52R(または52L)は、各波長の光を右眼(または左眼)に導光されるように分割するとともにそれぞれ異なる角度を付与して回折する。より詳細には、HOE52Rは、各波長の光を二分割して導光板10内部で全反射させ、かつ導光板10に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE32R上の略同位置に入射させるように回折する。   FIGS. 4B, 4C, and 4D show optical paths of light of each wavelength of B, G, and R propagating through the light guide plate 10. FIG. As shown in FIGS. 4B to 4D, the HOE 52R (or 52L) divides light of each wavelength so as to be guided to the right eye (or left eye) and has different angles. To diffract. More specifically, the HOE 52R divides the light of each wavelength into two parts and totally reflects the light inside the light guide plate 10, and the incident position with respect to the light guide plate 10 is substantially the same (or according to another expression, the display element 21 The light of all wavelengths (emitted from substantially the same coordinates in the effective region) is diffracted so as to be incident on substantially the same position on the HOE 32R.

このように第三実施形態においても第一、第二実施形態と同様に、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を辿るものの、HOE32R上で再び重ね合わせられる。この結果、各波長の光は、導光板10の第二面10bから平行光として(またはHOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって)射出され、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像することとなる。   As described above, also in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the light of each wavelength incident on substantially the same position of the light guide plate 10 is generated inside the light guide plate 10 due to the diffraction angle difference depending on the wavelength. Although it follows a different optical path, it is superimposed again on the HOE 32R. As a result, light of each wavelength is emitted as parallel light from the second surface 10b of the light guide plate 10 (or with an angle so that the light incident on the peripheral area of the HOE 30R is closer to the center of the pupil). The image is formed on the wearer's retina as a virtual image of the generated image.

第三実施形態においても第一、第二実施形態と同様に光伝搬光学素子(導光板10、HOE32R、32L、52R、52L)を単純な構成とすることができ、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。また、第三実施形態においては、DOEを削減できるため、HMD1のさらなる軽量化、製造コストダウン、リードタイム短縮、歩留まり向上等が達成される。また、DOEによる光量損失も無くなるため、HMD1全体としての光利用効率が向上する効果も得られる。   In the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the light propagation optical element (light guide plate 10, HOE32R, 32L, 52R, 52L) can be configured simply, and the weight and manufacturing cost of the HMD1 can be reduced. It is extremely advantageous in terms of lead time and yield. In the third embodiment, since the DOE can be reduced, further weight reduction, manufacturing cost reduction, lead time reduction, yield improvement, and the like of the HMD 1 are achieved. Moreover, since the light quantity loss due to DOE is eliminated, the light utilization efficiency of the HMD 1 as a whole can be improved.

なお、第一から第三の各実施形態においては、右眼用、左眼用の表示素子を別個に備えること無く単板の表示素子21を備える構成が採用されている。このため、製造コストダウン等の効果が得られる。また、共通の物点からの光(すなわち単板の表示素子21の画像)を同一の光路長を経て装着者の各眼に導光している。このため、装着者の各眼に対して同期した画像を入射させることができる。   In each of the first to third embodiments, a configuration in which a single-plate display element 21 is provided without separately providing right-eye and left-eye display elements is employed. For this reason, effects such as manufacturing cost reduction can be obtained. Further, light from a common object point (that is, an image of the single-panel display element 21) is guided to each eye of the wearer through the same optical path length. For this reason, a synchronized image can be made incident on each eye of the wearer.

次に、これまで説明された各実施形態のHMD1の具体例を説明する。以下は、各具体例におけるHMD1の共通の仕様である。
λ:457.9
λ:532.0
λ:632.8
:1.8160
:1.7940
:1.7786
:23.5
:23.5
「λ」、「λ」、「λ」はレーザ光源から発光されて装着者の眼に導光されるB、G、Rの各光の波長(単位:mm)、「n」、「n」、「n」はB、G、Rの各波長の光に対する導光板10の屈折率、「L」はHOE30R(または31R、32R)の中心を通る法線Xと中心線Xとの距離(単位:mm)、「L」はHOE30L(または31L、32L)の中心を通る法線Xと中心線Xとの距離(単位:mm)、をそれぞれ示す。
Next, a specific example of the HMD 1 of each embodiment described so far will be described. The following are common specifications of the HMD 1 in each specific example.
λ B : 457.9
λ G : 532.0
λ R : 632.8
n B : 1.8160
n G : 1.7940
n R : 1.7786
L R : 23.5
L L : 23.5
“Λ B ”, “λ G ”, and “λ R ” are wavelengths (unit: mm) of B, G, and R light emitted from the laser light source and guided to the eyes of the wearer, “n B ”. , “N G ” and “n R ” are refractive indexes of the light guide plate 10 with respect to light of B, G, and R wavelengths, and “L R ” is a normal line X R passing through the center of the HOE 30R (or 31R, 32R). The distance (unit: mm) from the center line X, “L L ” indicates the distance (unit: mm) between the normal line X L passing through the center of the HOE 30L (or 31L, 32L) and the center line X.

まず、第一実施形態の具体例を説明する。第一実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :5.0
d :0.504
θIB :0
θIG :0
θIR :0
θDB、θ’IB :30.000
θDG、θ’IG :36.000
θDR、θ’IR :44.870
θ’DB、θ”IB:39.506
θ’DG、θ”IG:38.474
θ’DR、θ”IR:36.535
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
「t」は導光板10の厚み(単位:mm)、「d」はDOE40(またはDOE41)の回折ピッチ(単位:μm)、「θIB」、「θIG」、「θIR」はDOE40(またはDOE41)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θDB」、「θDG」、「θDR」はDOE40(またはDOE41)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)、「θ’IB」、「θ’IG」、「θ’IR」はHOE50R(またはHOE50L〜52L、51R、52R)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θ’DB」、「θ’DG」、「θ’DR」はHOE50R(またはHOE50L〜52L、51R、52R)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)、「θ”IB」、「θ”IG」、「θ”IR」はHOE30R(またはHOE30L〜32L、31R、32R)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θ”DB」、「θ”DG」、「θ”DR」はHOE30R(またはHOE30L〜32L、31R、32R)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)を、それぞれ示す。
First, a specific example of the first embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the first embodiment is as follows.
t: 5.0
d: 0.504
θ IB : 0
θ IG : 0
θ IR : 0
θ DB , θ ′ IB : 30.000
θ DG , θ ′ IG : 36.000
θ DR , θ ′ IR : 44.870
θ ′ DB , θ ″ IB : 39.506
θ ′ DG , θ ″ IG : 38.474
θ ′ DR , θ ″ IR : 36.535
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0
“T” is the thickness of the light guide plate 10 (unit: mm), “d” is the diffraction pitch (unit: μm) of the DOE 40 (or DOE 41), “θ IB ”, “θ IG ”, and “θ IR ” are DOE 40 ( Or, the incident angles (unit: deg) of light of each wavelength of B, G, R to DOE 41), “θ DB ”, “θ DG ”, “θ DR ” are B, G, R by DOE 40 (or DOE 41). The diffraction angles (unit: deg) of the light of each wavelength, “θ ′ IB ”, “θ ′ IG ”, and “θ ′ IR ” are B, G, R to the HOE 50R (or HOE 50L to 52L, 51R, 52R). The incident angles (unit: deg) of light of each wavelength, “θ ′ DB ”, “θ ′ DG ”, and “θ ′ DR ” are the values of B, G, R by HOE50R (or HOE50L to 52L, 51R, 52R). the diffraction angle of the light of each wavelength (unit: deg), "θ" IB ",""IG", "theta" IR "refers HOE30R (or HOE30L~32L, 31R, 32R) to B, G, the angle of incidence of light of each wavelength of the R (unit: deg)," theta "DB", "theta “ DG ” and “θ” DR ”respectively indicate diffraction angles (unit: deg) of light of B, G, and R wavelengths by the HOE 30R (or HOE 30L to 32L, 31R, and 32R).

また、DOE40は5.2mm幅、HOE30R、30Lは5.5mm幅HOE50R、50Lは8.0mm幅を有する。なお、奥行き寸法(上記の幅(図2〜4の各図の紙面)に直交する方向の寸法)は、表示素子21の有効領域や表示される画面サイズ等に応じて適宜決められる。   Further, the DOE 40 has a width of 5.2 mm, the HOEs 30R and 30L have a width of 5.5 mm, the HOEs 50R and 50L, and a width of 8.0 mm. Note that the depth dimension (the dimension in the direction orthogonal to the above-described width (paper surface in each of FIGS. 2 to 4)) is appropriately determined according to the effective area of the display element 21, the screen size to be displayed, and the like.

第一実施形態の具体例においてHMD1は、次の3つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、DOE40に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE30R(またはHOE30L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図2中、DOE40の左端(または右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの最初の入射位置が中心線Xより右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。残りの一つの条件は、HOE50Rまたは50Lによる最小の回折角の光(すなわちB光)がDOE40に再入射しないよう該最小の回折角の光および導光板10の厚みtを適切に選択することである。   In the specific example of the first embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy at least the following three conditions. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the DOE 40 is incident on substantially the same position on the HOE 30R (or HOE 30L). Another condition is to appropriately control the reflection angle at the interface between the light guide plate 10 and air, in FIG. 2, the incident and diffracted B light incident on the left end (or right end) of the DOE 40 to the second surface 10b. The diffraction angle or the like is determined so that the first incident position is on the right side (or the left side) of the center line X. The remaining one condition is that the light with the minimum diffraction angle by the HOE 50R or 50L (that is, the B light) is appropriately selected so that the light with the minimum diffraction angle and the thickness t of the light guide plate 10 do not enter the DOE 40 again. is there.

次に、第二実施形態の具体例を説明する。第二実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :2.0
d :0.712
θIB :0
θIG :0
θIR :0
θDB :40.054
θDG :48.387
θDR :62.785
θ’IB :20.754
θ’IG :24.629
θ’IR :30.000
θ’DB、θ”IB:58.384
θ’DG、θ”IG:58.204
θ’DR、θ”IR:57.932
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
Next, a specific example of the second embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the second embodiment is as follows.
t: 2.0
d: 0.712
θ IB : 0
θ IG : 0
θ IR : 0
θ DB : 40.54
θ DG : 48.387
θ DR : 62.785
θ ′ IB : 20.754
θ ′ IG : 24.629
θ ′ IR : 30.000
θ ′ DB , θ ″ IB : 58.384
θ ′ DG , θ ″ IG : 58.204
θ ′ DR , θ ″ IR : 57.932
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0

また、DOE41は5.2mm幅、HOE31R、31Lは5.5mm幅、HOE51R、51Lは7.2mm幅を有する。   The DOE 41 has a width of 5.2 mm, the HOEs 31R and 31L have a width of 5.5 mm, and the HOEs 51R and 51L have a width of 7.2 mm.

第二実施形態の具体例においてHMD1は、次の2つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、DOE41に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE31R(またはHOE31L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図3中、DOE41の左端(または右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの二回目の入射位置が、HOE51Rの右端(またはHOE51Lの左端)より右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。   In the specific example of the second embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy at least the following two conditions. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the DOE 41 is incident on substantially the same position on the HOE 31R (or HOE 31L). Another condition is that, in order to appropriately control the reflection angle at the interface between the light guide plate 10 and air, in FIG. 3, the incident and diffracted B light on the second surface 10b is incident on the left end (or right end) of the DOE 41. The diffraction angle and the like are determined so that the second incident position is on the right side (or the left side) from the right end of the HOE 51R (or the left end of the HOE 51L).

第二実施形態においては、HOE51Rまたは51Lによる回折光のDOE41への入射を考慮する必要がないため、導光板10の厚みtを薄くしてHMD1を軽量化させることができる。また、厚みtを薄型化させることにより各波長の光の全反射回数が増加する。かかる全反射回数の増加に伴い、DOE41に対する入射位置が略同一の全ての波長の光が第一面10a上の略同位置に入射する頻度も高くなる。このため、第二面10bから各波長の光が射出される位置(すなわちHOE31R(またはHOE31L)が配置される位置)を装着者の眼幅に合わせてより精細に設定できるようになる。   In the second embodiment, since it is not necessary to consider the incidence of diffracted light by the HOE 51R or 51L on the DOE 41, the thickness t of the light guide plate 10 can be reduced to reduce the weight of the HMD 1. Further, by reducing the thickness t, the number of times of total reflection of light of each wavelength increases. As the number of total reflections increases, the frequency at which light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the DOE 41 is incident on the same position on the first surface 10a also increases. For this reason, the position where the light of each wavelength is emitted from the second surface 10b (that is, the position where the HOE 31R (or HOE 31L) is arranged) can be set more precisely according to the eye width of the wearer.

続いて、第三実施形態の具体例を説明する。第三実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :2.0
θ’IB :0
θ’IG :0
θ’IR :0
θ’DB、θ”IB:52.549
θ’DG、θ”IG:59.216
θ’DR、θ”IR:66.949
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
Subsequently, a specific example of the third embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the third embodiment is as follows.
t: 2.0
θ ' IB : 0
θ ' IG : 0
θ ' IR : 0
θ ′ DB , θ ″ IB : 52.549
θ ′ DG , θ ″ IG : 59.216
θ ′ DR , θ ″ IR : 66.949
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0

また、HOE32R、32Lは5.5mm幅、HOE52R、52Lは5.2mm幅を有する。   The HOEs 32R and 32L have a width of 5.5 mm, and the HOEs 52R and 52L have a width of 5.2 mm.

第三実施形態の具体例においてHMD1は、次の2つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、導光板10に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE32R(またはHOE32L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図4中、HOE52Rの左端(またはHOE52Lの右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの二回目の入射位置がHOE52Rの右端(またはHOE52Lの左端)より右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。なお、図4においては、図面縮尺の関係上二つ目の条件が満足されていないように見えるが、実際には当該条件が満足されていることを言い添えておく。   In the specific example of the third embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy the following two conditions at a minimum. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the light guide plate 10 is incident on substantially the same position on the HOE 32R (or HOE 32L). Another condition is that the second surface 10b of the B light incident and diffracted at the left end of the HOE 52R (or the right end of the HOE 52L) in FIG. 4 in order to appropriately control the reflection angle at the interface between the light guide plate 10 and air. The diffraction angle and the like are determined so that the second incident position on the right side (or the left side of the HOE 52L) is on the right side (or the left side) of the HOE 52R. In FIG. 4, it seems that the second condition is not satisfied due to the drawing scale, but it is added that the condition is actually satisfied.

第三実施形態においては、HOE52Rまたは52Lによる回折光のDOEへの入射を考慮する必要がないため、導光板10の厚みtを薄くしてHMD1を軽量化させることができる。また、DOEを削減したことによるHMD1全体としての光利用効率向上、およびHMD1のさらなる軽量化、製造コストダウン、リードタイム短縮、歩留まり向上等が達成される。   In the third embodiment, since it is not necessary to consider the incidence of the diffracted light by the HOE 52R or 52L on the DOE, the thickness t of the light guide plate 10 can be reduced to reduce the weight of the HMD 1. Further, the light utilization efficiency of the HMD 1 as a whole due to the reduction of the DOE, the further weight reduction of the HMD 1, the manufacturing cost reduction, the lead time reduction, the yield improvement, and the like are achieved.

第三実施形態においては、導光板10の厚みtをさらに薄型化させた設計もあり得る。導光板10の厚みtを1.8mmまたは1.5mmとした場合を例に考える。厚みtが1.8mm、1.5mmの場合はそれぞれ、次の具体的数値構成を満足することにより既に説明された第三実施形態と同様の効果が得られる。なお、ここで挙げられていない具体的数値構成は、既に説明された第三実施形態の具体的数値構成と同一である。
(厚みtが1.8mmの場合)
θ’DB、θ”IB:55.419
θ’DG、θ”IG:61.801
θ’DR、θ”IR:69.045
(厚みtが1.5mmの場合)
θ’DB、θ”IB:60.124
θ’DG、θ”IG:65.925
θ’DR、θ”IR:72.300
このように導光板10の厚みtをさらに薄型化させることにより、HMD1のさらなる軽量化が達成される。
In the third embodiment, there may be a design in which the thickness t of the light guide plate 10 is further reduced. Consider the case where the thickness t of the light guide plate 10 is 1.8 mm or 1.5 mm. When the thickness t is 1.8 mm and 1.5 mm, the same effects as those of the third embodiment already described can be obtained by satisfying the following specific numerical configuration. Note that the specific numerical configurations not listed here are the same as the specific numerical configurations of the third embodiment already described.
(When thickness t is 1.8 mm)
θ ′ DB , θ ″ IB : 55.419
θ ′ DG , θ ″ IG : 61.801
θ ′ DR , θ ″ IR : 69.045
(When thickness t is 1.5 mm)
θ ′ DB , θ ″ IB : 60.124
θ ′ DG , θ ″ IG : 65.925
θ ′ DR , θ ″ IR : 72.300
In this way, by further reducing the thickness t of the light guide plate 10, further weight reduction of the HMD 1 is achieved.

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、各実施形態の構成および具体的数値構成等に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えばLとLの合計距離が装着者の眼幅に高精度に一致するように各実施形態の具体的数値構成を適宜選択する。これにより、装着者の眼幅に最適な位置から各波長の光が射出されるようにHMD1を構成することができる。 The above is the description of the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to the configurations of the embodiments and the specific numerical configurations, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example L total distance of R and L L are properly selected specific values configuration of each embodiment to match with high precision the eye width of the wearer. Thereby, HMD1 can be comprised so that the light of each wavelength may be inject | emitted from the position optimal for a wearer's eye width.

各実施形態のHMD1が有するHOEは何れも反射型HOEであるが、HOE30R、31R、32R、30L、31L、および32Lを透過型HOEに置き換えてHMD1を構成してもよい。図2〜4に示される第一から第三の各実施形態の変形例として、HOE30R、31R、32R、30L、31L、32Lを透過型HOEであるHOE30’R、31’R、32’R、30’L、31’L、32’Lに置き換えた構成が考えられる。図5〜7のそれぞれに、第一から第三実施形態の変形例である第一から第三変形例のHMD1の構成を模式的な側断面図で示す。   The HOEs included in the HMDs 1 of the embodiments are all reflective HOEs, but the HMDs 1 may be configured by replacing the HOEs 30R, 31R, 32R, 30L, 31L, and 32L with transmissive HOEs. As a modification of each of the first to third embodiments shown in FIGS. 2 to 4, HOEs 30R, 31R, 32R, 30L, 31L, and 32L are replaced with HOEs 30′R, 31′R, and 32′R that are transmission type HOEs. The structure replaced with 30'L, 31'L, and 32'L can be considered. The structure of HMD1 of the 1st to 3rd modification which is a modification of 1st to 3rd embodiment is shown with each of FIGS.

第一から第三変形例においては、HOE30’R、31’R、32’R、30’L、31’L、および32’Lは、図5〜7に示されるように、図2〜4の各実施形態のHOE30R、31R、32R、30L、31L、32Lの取付位置と正対する導光板10の第二面10b上に取り付けられている。第一から第三変形例のHMD1は、透過型HOEを採用しているものの、性能的には第一から第三実施形態のHMD1と実質的に同じである。   In the first to third variations, the HOEs 30′R, 31′R, 32′R, 30′L, 31′L, and 32′L are as shown in FIGS. Are mounted on the second surface 10b of the light guide plate 10 facing the mounting positions of the HOEs 30R, 31R, 32R, 30L, 31L, and 32L. Although the HMD 1 of the first to third modifications employs a transmission type HOE, the performance is substantially the same as the HMD 1 of the first to third embodiments.

また、第一から第三実施形態(または第一から第三変形例)のさらなる変形例としては、例えばHOE30Rにより回折されて第二面10bから射出された光束(または第二面10bから射出されてHOE30Rにより回折された光束)が入射される位置(つまり装着者の眼前にくる位置)に配置された接眼レンズをさらに有する構成も考えられる。   Further, as a further modification of the first to third embodiments (or the first to third modifications), for example, a light beam diffracted by the HOE 30R and emitted from the second surface 10b (or emitted from the second surface 10b). It is also conceivable to further include an eyepiece arranged at a position where the light beam diffracted by the HOE 30R is incident (that is, a position in front of the wearer's eyes).

また、表示素子ユニット20が有する光源は、例えばR、G、Bの各波長の光を高速で順次照射するLED又はLD(半導体レーザ)バックライトとしてもよい。   The light source of the display element unit 20 may be, for example, an LED or LD (semiconductor laser) backlight that sequentially irradiates light of each wavelength of R, G, and B at a high speed.

また、第一実施形態等のHMD1においては、左眼用、右眼用それぞれについて同一構成のHOEが干渉縞パターンを180°反転された状態で配置されている。しかし、HOEは、左眼用と右眼用とで同一構成である必要はない。第一実施形態等のHMD1と実質的に同一の性能が担保される限り、左眼用、右眼用のHOEは互いに相違する構成であってもよい。   Further, in the HMD 1 of the first embodiment or the like, the HOEs having the same configuration for the left eye and the right eye are arranged in a state where the interference fringe pattern is inverted by 180 °. However, the HOE need not have the same configuration for the left eye and the right eye. As long as substantially the same performance as the HMD 1 of the first embodiment or the like is ensured, the left-eye and right-eye HOEs may be different from each other.

1 HMD
2 フレーム
10 導光板
20 表示素子ユニット
30R〜32R、30L〜32L、50R〜52R、50L〜52L HOE
40、41 DOE
1 HMD
2 Frame 10 Light guide plate 20 Display element units 30R to 32R, 30L to 32L, 50R to 52R, 50L to 52L HOE
40, 41 DOE

Claims (17)

表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光伝搬光学素子において、
前記表示素子から各波長の光が入射される導光部材と、
第一および第二の回折光学素子であって、
前記導光部材に入射された各波長の光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ前記表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が前記第二の回折光学素子上で再現されるように回折する第一の回折光学素子と、
前記再現された各画素からの各波長の光を前記導光部材から略同一方向に射出させるように回折する第二の回折光学素子と、
を有することを特徴とする光束伝搬光学素子。
In a light propagation optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths,
A light guide member into which light of each wavelength is incident from the display element;
First and second diffractive optical elements,
Pixel positions in the display element of an image displayed on the display element by causing the light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagate in different optical paths for each wavelength A first diffractive optical element that diffracts so that a relationship is reproduced on the second diffractive optical element;
A second diffractive optical element that diffracts so that light of each wavelength from each reproduced pixel is emitted from the light guide member in substantially the same direction;
A light beam propagation optical element characterized by comprising:
前記第二の回折光学素子を2つ有し、
前記第一の回折光学素子は、入射された各波長の光を2つに分割するとともに、分割された各光を前記2つの第二の回折光学素子の各々に入射させるように回折することを特徴とする、請求項1に記載の光伝搬光学素子。
Two second diffractive optical elements;
The first diffractive optical element divides the incident light of each wavelength into two and diffracts the divided light so as to enter each of the two second diffractive optical elements. The light propagation optical element according to claim 1, wherein the optical propagation optical element is characterized.
表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光伝搬光学素子において、
前記表示素子から入射される各波長の光をそれぞれ二分割する光分割素子と、
各波長の全ての分割光が入射される導光部材と、
第一の回折光学素子、および分割光毎に対応して備えられた第二の回折光学素子であって、
前記導光部材に入射された各波長の分割光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ前記表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が各前記第二の回折光学素子上で再現されるように回折する第一の回折光学素子と、
前記再現された各画素からの各波長の光を前記導光部材から略同一方向に射出させるように回折する第二の回折光学素子と、
を有することを特徴とする光伝搬光学素子。
In a light propagation optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths,
A light splitting element that splits each wavelength of light incident from the display element into two parts;
A light guide member into which all the divided lights of each wavelength are incident;
A first diffractive optical element, and a second diffractive optical element provided corresponding to each split light,
Pixels in the display element of an image displayed on the display element, wherein the split light of each wavelength incident on the light guide member is totally reflected inside the light guide member and propagated through different optical paths for each wavelength. A first diffractive optical element that diffracts so that the positional relationship is reproduced on each of the second diffractive optical elements;
A second diffractive optical element that diffracts so that light of each wavelength from each reproduced pixel is emitted from the light guide member in substantially the same direction;
A light propagation optical element characterized by comprising:
各波長の分割光が入射される前記導光部材の入射面と前記光分割素子との間にエアギャップが形成されるように該光分割素子を配置したことを特徴とする、請求項3に記載の光伝搬光学素子。   The light splitting element is arranged such that an air gap is formed between an incident surface of the light guide member on which split light of each wavelength is incident and the light splitting element. The light propagation optical element of description. 前記第二の回折光学素子は、前記再現された各画素からの各波長の光を前記導光部材の射出面と略垂直をなす方向に揃えて平行光として、または瞳の中心に向かって寄せるように射出することを特徴とする、請求項1から請求項4の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   The second diffractive optical element aligns light of each wavelength from the reproduced pixels in a direction substantially perpendicular to the exit surface of the light guide member as parallel light or toward the center of the pupil. The light propagating optical element according to claim 1, wherein the light propagating optical element is emitted as described above. 前記第一の回折光学素子は、前記表示素子に表示された画像の該表示素子内における各波長の画素位置関係を基準として、前記第二の回折光学素子上に再現される画素位置関係を略同一形状あるいは拡大された相似形状とするように各波長の光を回折することを特徴とする、請求項1から請求項5の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   The first diffractive optical element substantially has a pixel positional relationship reproduced on the second diffractive optical element on the basis of a pixel positional relationship of each wavelength in the display element of an image displayed on the display element. 6. The light propagation optical element according to claim 1, wherein the light of each wavelength is diffracted so as to have the same shape or an enlarged similar shape. 前記導光部材は、互いに平行な二平面であって、各波長の光が入射される入射面、および各波長の光が射出される射出面を有する板状の光学部材であることを特徴とする、請求項1から請求項6の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   The light guide member is a plate-like optical member having two planes parallel to each other and having an incident surface on which light of each wavelength is incident and an exit surface on which light of each wavelength is emitted. The light propagation optical element according to any one of claims 1 to 6. 前記第一の回折光学素子は、反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかであり、前記第二の回折光学素子は、反射型または透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかであることを特徴とする、請求項1から請求項7の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   The first diffractive optical element is either a reflective volume phase holographic optical element or a combination of a holographic optical element and an optical lens, and the second diffractive optical element is a reflective type or a transmissive type. The light propagation optical element according to any one of claims 1 to 7, wherein the volume phase holographic optical element is a combination of the holographic optical element and an optical lens. 前記第一および第二の回折光学素子がともに反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合に、該第一の回折光学素子が前記射出面上に、該第二の回折光学素子が前記入射面上に配置されていることを特徴とする、請求項7を引用する請求項8に記載の光伝搬光学素子。   When both the first and second diffractive optical elements are reflective volume phase holographic optical elements, the first diffractive optical element is on the exit surface, and the second diffractive optical element is The light propagation optical element according to claim 8, wherein the light propagation optical element is disposed on an incident surface. 前記第一、第二の回折光学素子がそれぞれ反射型、透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合に、該第一および第二の回折光学素子がともに前記射出面上に配置されていることを特徴とする、請求項7を引用する請求項8に記載の光伝搬光学素子。   When the first and second diffractive optical elements are reflection type and transmission type volume phase holographic optical elements, respectively, the first and second diffractive optical elements are both disposed on the exit surface. The light propagating optical element according to claim 8, which cites claim 7. 前記第一および第二の回折光学素子は、各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーを複数枚積層した構成を有し、または、各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーであるホログラフィック光学素子であることを特徴とする、請求項1から10の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   The first and second diffractive optical elements have a configuration in which a plurality of photopolymers each recording interference fringes corresponding to light of each wavelength are laminated, or interference fringes corresponding to light of each wavelength 11. The light propagation optical element according to claim 1, wherein the optical propagation element is a holographic optical element that is a one-layer photopolymer on which is recorded. 前記フォトポリマーの層数は、前記導光部材を伝搬される光の波長の種類と同数または該種類よりも少数であることを特徴とする、請求項10に記載の光伝搬光学素子。   The light propagation optical element according to claim 10, wherein the number of layers of the photopolymer is the same as the number of wavelengths of light propagating through the light guide member or a smaller number than the types. 前記第一の回折光学素子に記録された干渉縞パターンと前記第二の回折光学素子に記録された干渉縞パターンは、略同一ピッチであることを特徴とする、請求項11または請求項12の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   13. The interference fringe pattern recorded on the first diffractive optical element and the interference fringe pattern recorded on the second diffractive optical element have substantially the same pitch. The light propagation optical element according to any one of the above. 前記表示素子がフィールドシーケンシャルパネル方式である場合に、前記第一の回折光学素子は、該表示素子内の同一画素から射出された各波長の光を前記第二の回折光学素子上の略同位置に重ね合わせるように回折することを特徴とする、請求項1から請求項13の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   When the display element is a field sequential panel system, the first diffractive optical element transmits light of each wavelength emitted from the same pixel in the display element at substantially the same position on the second diffractive optical element. 14. The light propagation optical element according to claim 1, wherein the light propagation optical element diffracts so as to overlap with the light propagation optical element. 前記表示素子が同時式である場合に、前記第一の回折光学素子は、前記画素位置関係が前記第二の回折光学素子上で忠実に再現されるように該表示素子内の各画素から射出された光を回折する、請求項1から請求項13の何れか一項に記載の光伝搬光学素子。   When the display elements are simultaneous, the first diffractive optical element is emitted from each pixel in the display element so that the pixel positional relationship is faithfully reproduced on the second diffractive optical element. The light propagation optical element according to any one of claims 1 to 13, which diffracts the emitted light. 各波長の光を射出する光源と、
前記光源から射出された各波長の光に所定の画像信号に応じた変調をかける表示素子と、
前記変調された各波長の光が入射される請求項1から請求項15の何れか一項に記載の光伝播光学素子と、
を有することを特徴とする映像表示装置。
A light source that emits light of each wavelength;
A display element that modulates light of each wavelength emitted from the light source according to a predetermined image signal;
The light propagation optical element according to any one of claims 1 to 15, wherein the modulated light of each wavelength is incident;
A video display device comprising:
請求項16に記載の映像表示装置と、
前記第二の回折光学素子が装着者の眼前に位置するように前記映像表示装置を支持する支持手段と、
を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
A video display device according to claim 16,
Support means for supporting the video display device so that the second diffractive optical element is positioned in front of the eyes of the wearer;
A head-mounted display comprising:
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